sábado, 29 de marzo de 2014

Cómo hacer un cubo de LEDs

Uno de los proyectos más interesantes y divertidos que se pueden hacer con LEDs es un cubo animado. En internet hay multitud de ellos, desde cubos de 2x2x2, hasta 10x10x10 y más. Pero el más sencillo e impresionante es el de 3x3x3, porque tiene un número relativamente bajo de LEDs pero puede reproducir animaciones bastante interesantes.
Este es uno de mis primeros proyectos con microcontroladores PIC, yo he usado código que encontré en internet, porque todavía no sabría programarlo yo mismo, pero con este cubo, cualquiera que sepa, podría programar las animaciones que quisiera, con el único límite de su imaginación.
Para este cubo se necesitan 27 LEDs, yo compré 30 LEDs azules por si acaso.
Este es el circuito controlador, que albergará todos los componentes necesarios excepto los LEDs, así cualquiera que se haga uno, podrá conectar el cubo como quiera.
Para conectar la placa que luego haré para el cubo, a la controladora, he usado estos doce pines macho.
Además del PIC16F628A que lo controlará todo, los demás componentes son: Un zócalo se 18 pines, un condensador electrolítico de 100uF y 10v, uno cerámico de 100nF, un regulador de voltaje 7805 (opcional, sólo si la alimentación es de más de 5v) y 12 conectores hembra para conectar el cubo.
La placa está hecha con este diseño, que es la imagen que necesitaréis si vais a hacer el circuito con el método de transferencia de tóner.
Este es el diagrama del circuito, representa todas las conexiones entre los componentes.
Después de hacer el circuito, hay que colocar los componentes como en este dibujo:
Para ello tendremos que haber perforado y estañado la placa.
Una vez colocados y soldados los componentes, el circuito queda así:
Para programar el PIC, he usado un programados que se llama PIC K150
Quien programe el PIC, tendrá su propio programador y software favorito, yo he usado el que venía con el programador.
Una vez preparado todo, cargamos el archivo HEX con el programa...
Y lo grabamos en el PIC. Con esto ya tenemos la animación básica grabada, pero necesitamos un cubo para reproducirla...
Para hacer el cubo recto, podemos hacer una plantilla en un material blando, como el corcho, dibujando una rejilla de 3x3.
Perforamos los puntos del grosor de los LEDs,
Que en mi caso son los típicos de 5mm
Clavamos los LEDs en diagonal en los agujeros, asegurándonos de que todas las patas largas apunten hacia la misma esquina, y las cortas hacia la otra. Las patas largas son el polo positivo.
En mo caso quedan así:
Doblamos todas las patas largas hacia un mismo lado en tres filas de tres.
Hay que asegurarse de que ninguna fila de patas largas toque una pata corta, o haremos un cortocircuito.
Cuando todas las patas estén bien colocadas, las soldamos para conectarlas.
Por encima de estas tres filas, doblamos las patas cortas sin que toquen las conexiones, haciendo una rejilla.
La rejilla se ve de esta manera.
Después de soldar las filas de las patas cortas, ya tenemos un piso del cubo completado.
En mi caso es ligeramente menor que la placa base, pero se puede hacer tan grande como se quiera.
Repetimos el proceso para obtener los tres pisos que necesitamos para el cubo.
Ahora, doblamos hacia abajo el extremo de todas las filas de patas negativas (las cortas)
El cubo quedará unido por estas filas.
Colocamos un piso sobre otro y soldamos las filas negativas con cuidado.
Así, hemos reducido las conexiones negativas de 27 LEDs a sólo tres patas, que hacen de negativo común para cada una de las tres ''rodajas'' en las que queda dividido el cubo.
Por otra parte tenemos 9 patas positivas, tres por cada piso, que no vamos a soldar juntas, cada una es el positivo común de una fila de 3 LEDs.
Yo he decidido doblar las patas de cada piso hacia abajo, y añadir trozos de alambre para alargarlas. es un proceso complicado, y aunque yo lo hice así, recomiendo cortar las patas y soldar un cable fino a cada una.
El primer piso me quedó así:
El segundo fue un poco mas complicado.
Al terminar el tercero, el resultado es bastante interesante. De esta manera, he dejado ordenados se izquierda a derecha los tres positivos del tercer piso, luego los tres del segundo y los tres del primero.
Al final el cubo queda con tres negativos comunes en una cara, y los nueve positivos ordenados en la otra.
Aunque os recomendaría cortar los positivos y soldarles unos cuantos cables, teniendo cuidado con hacerlo en orden.
Para conectar el cubo que yo he construido a la placa controladora, he diseñado esta pequeña placa que hará de soporte para el cubo y lo conectará a la placa de abajo.
La placa queda así. Está hecha para que el cubo se conecte desde arriba, sobre la cara de cobre, y los pines conectores macho se conecten por abajo.
Por la cara de abajo, meto los pines que encajarán en la placa controladora:
Y los sueldo todos al circuito.
Como se puede ver, las dos placas encajan perfectamente.
Luego introduje los pines del cubo en los agujeros restates, y también encajaron bien.
Después de soldarlos, la placa del cubo está terminada.
Gracias a cómo he conectado los LEDs (con alambre en lugar de cables normales) el cubo tiene una estructura resistente, y no necesita ningún soporte.
Básicamente, el cubo ya está terminado, y podría funcionar, pero antes de nada, quise añadir unos pocos detalles:
 He taladrado unos agujeros en las esquinas de la placa de abajo.
 Y con estos tornillos y tuercas, el cubo se sostendrá sólo.
Tras pones con cuidado los tornillos y apretar las tuercas, el resultado merece la pena.
 Quedan bastante bien, y evitan que el circuito toque la superficie de abajo y se estropee.
 Para conectar el cubo a un cargador de 9v, he usado este cable.
Simplemente lo he soldado el positivo a la entrada del regulador 7805 y el negativo, con la pata del centro. Si vas a alimentar el cubo directamente con 5v, de un USB, por ejemplo, no hace falta ningún regulador de voltaje, simplemente suelda los cables de entrada a los condensadores.
 Después de probar un rato el cubo, me di cuenta de que el regulador se calentaba un poco.
 Así que utilicé este pequeño trozo de aluminio como disipador.
 Este es el regulador, al que le he cortado la solapa para que quepa entre las dos placas.
 Simplemente he aplicado pasta térmica al regulador, y después de colocarle el disipador, lo he pegado a la placa.
 El cubo terminado queda muy bien.
 Sobre todo me gusta que los circuitos sean la propia estructura del cubo y que no necesite ninguna caja ni nada, y que el cubo se pueda desconectar para acceder al PIC, así en el futuro, podía programar mis propios patrones de animación.
En este vídeo  se ve el cubo funcionando, con el pequeño disipador que tiene, puede estar funcionando todo el día y no calentarse nada.
Espero que os haya gustado. Si alguien tiene una duda o sugerencia, ponedla en los comentarios, y responderé todo lo que pueda.

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